唐以右屯卫将军苏定方为伊丽道行军总管,率燕然都护任雅相、侧都护萧嗣业、瀚海都督回纥婆闰,发唐兵及回纥骑兵万余人,从北道进击沙钵罗;又遣原西突厥酋长阿史那弥射及阿史那步真为流沙道安抚大使,自南道招集西突厥旧部,以为策应。唐高宗采纳右领军郎将薛仁贵的建议,令唐军将所得贺鲁俘获的泥孰部家属全部送还,并厚加赏赐,从而争取了泥孰部共击沙钵罗。苏定方军至曳咥河(今额尔齐斯河上游)西,沙钵罗率其十姓兵10万人迎战。在敌强我弱的情况下,苏定方令步兵持矛环据南原,自率骑兵列阵于北原。苏定方率骑兵乘势从敌侧后反击,大败沙钵罗军,追击30里,斩获数万人,杀其大首领都搭达干等200人。之后石国人诱擒沙钵罗,送交萧嗣业,西突厥遂亡。十二月,唐于其地置昆陵、濛池二都护府,分统其十姓各部。至此,唐统一了西突厥全境。